CN103869832A - 光源自动追踪式太阳能采集装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种方案光源自动追踪式太阳能采集装置，其可以自动追踪太阳光源，让太阳能电池板能持续接受太阳光垂直照射，从而提高光能转化效率。其包括底座，所述的底座上经水平转向装置和倾角俯仰装置活动连接有太阳能电池板底座，所述的太阳能电池板底座上平铺有太阳能电池板，所述太阳能电池板底座一侧垂直于太阳能电池板设置有水平转向采集管、倾角俯仰采集管，所述的水平转向采集管、倾角俯仰采集管内都设置有光电传感器；还包括控制装置。本发明还提供了改装置的控制方法。

Description

光源自动追踪式太阳能采集装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及太阳能利用装置，具体涉及一种太阳能采集装置。

背景技术

目前市场上的太阳能热水器或太阳能供电装置等太阳能产品，太阳能电池板位置大多是固定的，不能随着光源移动而变动；部分产品在太阳能电池板的基础上，构建一个位置调整支架，使得太阳能电池板面板上下方向可以手动调节，由于太阳的位置是不断变化的，受光面接受太阳光垂直照射的时间很少，光能转化效率较低，因而太阳能电池板的推广受到一定的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种方案光源自动追踪式太阳能采集装置，其可以自动追踪太阳光源，让太阳能电池板能持续接受太阳光垂直照射，从而提高光能转化效率。

为解决上述技术问题，本发明的光源自动追踪式太阳能采集装置，包括底座，所述的底座上经水平转向装置和倾角俯仰装置活动连接有太阳能电池板底座，所述的太阳能电池板底座上平铺有太阳能电池板，所述太阳能电池板底座一侧垂直于太阳能电池板设置有水平转向采集管、倾角俯仰采集管，所述的水平转向采集管内设置有光电传感器A、倾角俯仰采集管内设置有光电传感器B；还包括控制装置。

所述的水平转向装置包括固定于底座上的竖直轴支架，所述的竖直轴支架上经上轴承、下轴承活动设置有竖直轴；还包括竖直轴驱动电机，所述的竖直轴末端通过竖直轴驱动齿轮与竖直轴驱动电机传动连接；所述的倾角俯仰装置包括与竖直轴固定连接的水平轴，所述的水平轴上经左轴承、右轴承活动连接有水平轴支架，所述的水平轴支架与太阳能电池板底座固定连接；所述的水平轴上固定有水平轴驱动齿轮；还包括与太阳能电池板底座固定连接的水平轴驱动电机；所述的水平轴驱动电机经水平轴驱动齿轮与水平轴传动连接。

所述的控制装置包括与光电传感器A、光电传感器B分别连接的两个放大电路，由单片机STC90C52组成的处理机，由L298N组成的步进电机驱动电路。

本发明还提供了上述光源自动追踪式太阳能采集装置的控制方法，所述的水平转向装置和倾角俯仰装置采用并行方式控制，水平转向和倾角俯仰控制流程相同，其步骤包括：

步骤101：系统初始化，电机朝某一方向转动，光电传感器检测到太阳光的强度并送入单片机STC90C52暂存为当前最大强度X；当日工作时长计数器清零并开始计时，工作时段计时器清零；电机指竖直轴驱动电机或水平轴驱动电机；光电传感器指光电传感器A或光电传感器B。

步骤102：太阳能电池板底座转动，光电传感器再将检测到的新的太阳光强度指标Y送入单片机STC90C52。

步骤103：将Y和X进行比较，若Y比X大，将Y的值赋给X，电机继续按照原定方向旋转并得到新的Y值，直至Y小于X。

步骤104：电机逆转回上一个位置。

步骤105：电机停转并刷新当前最大强度X值，工作时段计时器开始进行计时，系统保持当前姿态。

步骤106：工作时段计时器达到工作段时长指标，重新获取当前太阳光的强度Y，Y与X不同，则重复步骤102、103、104、105，找到新的理想姿态继续接受光照。

所述光源自动追踪式太阳能采集装置的控制方法，还包括：

步骤107：判定当日工作时长计数器达到每日工作时长指标；如达到则执行步骤108。

步骤108：系统停止转动和搜索；休息时间计时器清零并开始休息时间计时。

步骤201：判定休息时间计时器是否达到每日休息时长指标；如达到则执行步骤202。

步骤202：启动电机转动返回初始位，并开始新的周期。

采用上述技术方案后，由水平转向采集管、倾角俯仰采集管内设置的光电传感器A、光电传感器B采集当前光线信号，通过控制装置带动水平转向装置和倾角俯仰装置在水平方向和垂直方向对太阳能电池板的位置进行调整，使之达到理想姿态，从而使太阳能电池板充分接受太阳光照，提高光能转化效率。本发明中，将光电传感器A、光电传感器B设置在水平转向采集管、倾角俯仰采集管内，并置光电传感器于采集管的底部，光电传感器对采集管管口所张的立体角小于3球面度，以保证入射光线基本平行于采集管中心轴。水平转向采集管、倾角俯仰采集管是非透明的，光线只能从其顶端开口进入，从而保证了光信号采集的准确性，有利于保证太阳能电池板与太阳的方向垂直。上述控制方法实现了优化设计，在调整动作较小、频率较低的基础上，确保找到最优姿态，提高光照效果。

附图说明

图1是本发明的光源自动追踪式太阳能采集装置的结构示意图；

图2是本发明的光源自动追踪式太阳能采集装置的电路原理框图；

图3是本发明的光源自动追踪式太阳能采集装置的控制程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1可见，本实施例的光源自动追踪式太阳能采集装置，包括底座1，所述的底座1上经水平转向装置和倾角俯仰装置活动连接有太阳能电池板底座10，所述的太阳能电池板底座10上平铺有太阳能电池板15，所述太阳能电池板底座10一侧垂直于太阳能电池板15设置有水平转向采集管16、倾角俯仰采集管17，所述的水平转向采集管16内设置有光电传感器A160、倾角俯仰采集管17内设置有光电传感器B170；还包括控制装置。

所述的水平转向采集管16、倾角俯仰采集管17管体是非透明的，光电传感器A160、光电传感器B170都设置在管体内部底端，管体的顶端都有开口，从而保证光电传感器18取样的是与管体平行的光线，也就是说，光电传感器A160、光电传感器B170采集取样的是与太阳能电池板15垂直的光线样本。

水平转向装置和倾角俯仰装置的功能是保证太阳能电池板底座10能做水平转向和垂直俯仰。作为具体实施方式之一，所述的水平转向装置包括固定于底座1上的竖直轴支架2，所述的竖直轴支架2上经上轴承3、下轴承4活动设置有竖直轴5；还包括竖直轴驱动电机11，所述的竖直轴5末端通过竖直轴驱动齿轮13与竖直轴驱动电机11传动连接；所述的倾角俯仰装置包括与竖直轴5固定连接的水平轴9，所述的水平轴9上经左轴承7、右轴承8活动连接有水平轴支架6，所述的水平轴支架6与太阳能电池板底座10固定连接；所述的水平轴9上固定有水平轴驱动齿轮14；还包括与太阳能电池板底座10固定连接的水平轴驱动电机12；所述的水平轴驱动电机12经水平轴驱动齿轮14与水平轴9传动连接。

所述的控制装置包括由光电传感器A160、光电传感器B170、两个放大电路组成的太阳位置采集电路，由单片机STC90C52组成的处理机，由L298N组成的步进电机驱动电路。

水平转向装置的功能是使得太阳能电池板底座10能够实现水平方向的全向旋转，倾角俯仰装置是使得太阳能电池板底座10能够在垂直方向实现一定角度的俯仰，水平转向采集管16、倾角俯仰采集管17是非透明的，其直径很小以避免光线散射，其一端开口指向太阳，其内分别设置有光电传感器A160、光电传感器B170，分别用于采集太阳仰角和东西转向的信息。从光电传感器A160、光电传感器B170采集到的太阳仰角和东西转向的信息，分别输入两个放大器中，放大后的信号输入单片机STC90C52进行处理，得到相应的输出控制信号，控制信号输入由L298N组成步进电机驱动电路，得到输出驱动信号分别驱动相应的电机转动，以保持对太阳位置的连续跟踪。

图2是光源自动追踪式太阳能采集装置的电路原理框图，如图1、图2可见，电路部分，光传感器装在直径很小的水平转向采集管16、倾角俯仰采集管17内，管子的另一端开口指向太阳，采集太阳位置信息。用光电传感器A160、光电传感器B170分别采集太阳仰角和东西转向的信息，管子水平转向采集管16、倾角俯仰采集管17垂直于太阳能电池板15地固定在太阳能电池板底座10一侧。从光电传感器A160、光电传感器B170采集到的太阳仰角信息（倾角转动采集）和东西转向信息（水平转动采集），分别输入两个放大器中，放大后的信号输入单片机STC90C52进行处理，得到相应的输出控制信号，控制信号输入由L298N组成步进电机驱动电路，得到输出驱动信号分别驱动竖直轴驱动电机11、水平轴驱动电机12转动，以保持对太阳位置的连续跟踪。  

太阳能电池板15在太阳的照射下电能，此电压加到蓄电池上对蓄电池进行充电并对外输出电能，本发明自身所需电能由太阳能电池板15输出至本装置内置的稳压电源。

图3是本发明的光源自动追踪式太阳能采集装置的控制程序流程图。

本发明中，光源自动追踪采用水平转向和倾角俯仰各自并向的控制技术。

以水平转向控制为例，打开电源时，步骤101进行系统初始化，电机朝某一方向转动（程序设置为跟踪太阳转动方向），水平转向采集管16内的光电传感器A160检测到太阳光的强度并送入单片机STC90C52暂存为当前最大强度X。

初始化时，系统内置的当日工作时长计数器清零并开始计时，当日工作时长计数器的功能是记录本日系统工作累计时数，系统内置有供其参照的每日工作时长指标；初始化时，工作时段计时器清零，工作时段计时器的功能是记录某一个姿态的保持时间，系统内置有供其参照的工作段时长指标。

以下程序将通过一定的算法，找到当前最理想的太阳光照射角度，以实现光强最大。

作为实现方式之一，执行步骤102，竖直轴驱动电机11转动，光电传感器A160再将检测到的新的太阳光强度指标Y送入单片机STC90C52。步骤103将Y和之前存储的当前最大强度X进行比较；如果检测到Y比X大，表示还未找到最理想的角度，此时将Y的值赋给X，电机继续按照原定方向旋转并得到新的Y值，直至Y小于X，此时表示电机行走过度，则执行步骤104，电机逆转回位，找到当前理想角度，执行步骤105，电机停转并刷新当前最大强度X值，工作时段计时器开始进行计时，程序设定系统在一定的时间段内保持当前姿态接受持续光照。

步骤106，工作时段计时器达到工作段时长指标，重新获取当前太阳光的强度Y，Y与X不同，表示太阳位置可能发生变化，此时重复步骤102、103、104、105，找到新的理想姿态继续接受光照。程序通过不断暂存和刷新前一时间段的存储值，保证太阳能电池板底座10姿态理想。

此外，还对单片机设置了自动定时回位程序，每天太阳落山后，当日工作时长计数器达到每日工作时长指标，步骤107判定完成当日累加工作时数，此时执行步骤108，系统停止转动和搜索。休息时间计时器清零并开始休息时间计时，步骤201，休息时间计时器达到每日休息时长指标，判定休息定时结束，此时对应第二天太阳升起的时间，步骤202启动电机转动返回初始位，并开始新的周期。每日工作时长指标、工作段时长指标、每日休息时长指标可根据四季变化、地区差异进行设置，以减少调整频率，最经济地保持和太阳同步，初始位置所对应的太阳能电池板15姿态也可进行记录并根据季节变化刷新，以减少初始化时间。

以上给出了水平方向姿态调整的具体实施方式，倾角俯仰姿态调整方式与水平方向姿态调整相同；本发明中，水平转向采集管16内设置有光电传感器A160、倾角俯仰采集管17内设置有光电传感器B170，对应的设置有由两个放大电路组成的太阳位置采集电路，两套步进电机驱动电路；两套系统由单片机STC90C52协调同步工作，控制方式简单、准确。

本发明包括但不局限于上述实施例，在不违背本发明基本精神的前提下，本领域技术人员可以作出各种不同实施方式，但仍然落入本发明保护范围。

Claims (5)

1.一种光源自动追踪式太阳能采集装置，包括底座（1），其特征在于：所述的底座（1）上经水平转向装置和倾角俯仰装置活动连接有太阳能电池板底座（10），所述的太阳能电池板底座（10）上平铺有太阳能电池板（15），所述太阳能电池板底座（10）一侧垂直于太阳能电池板（15）设置有水平转向采集管（16）、倾角俯仰采集管（17），所述的水平转向采集管（16）内设置有光电传感器A（160）、倾角俯仰采集管（17）内设置有光电传感器B（170）；还包括控制装置。

2.如权利要求1所述的光源自动追踪式太阳能采集装置，其特征在于：所述的水平转向装置包括固定于底座（1）上的竖直轴支架（2），所述的竖直轴支架（2）上经上轴承（3）、下轴承（4）活动设置有竖直轴（5）；还包括竖直轴驱动电机（11），所述的竖直轴（5）末端通过竖直轴驱动齿轮（13）与竖直轴驱动电机（11）传动连接；所述的倾角俯仰装置包括与竖直轴（5）固定连接的水平轴（9），所述的水平轴（9）上经左轴承（7）、右轴承（8）活动连接有水平轴支架（6），所述的水平轴支架（6）与太阳能电池板底座（10）固定连接；所述的水平轴（9）上固定有水平轴驱动齿轮（14）；还包括与太阳能电池板底座（10）固定连接的水平轴驱动电机（12）；所述的水平轴驱动电机（12）经水平轴驱动齿轮（14）与水平轴（9）传动连接。

3.如权利要求1或2所述的光源自动追踪式太阳能采集装置，其特征在于：所述的控制装置包括与光电传感器A（160）、光电传感器B（170）分别连接的两个放大电路，由单片机STC90C52组成的处理机，由L298N组成的步进电机驱动电路。

4.权利要求3所述光源自动追踪式太阳能采集装置的控制方法，其特征在于：所述的水平转向装置和倾角俯仰装置采用并行方式控制，控制流程包括：

步骤101：系统初始化，电机朝某一方向转动，光电传感器检测到太阳光的强度并送入单片机STC90C52暂存为当前最大强度X；当日工作时长计数器清零并开始计时，工作时段计时器清零；

步骤102：太阳能电池板底座（10）转动，光电传感器再将检测到的新的太阳光强度指标Y送入单片机STC90C52；

步骤103：将Y和X进行比较，若Y比X大，将Y的值赋给X，电机继续按照原定方向旋转并得到新的Y值，直至Y小于X；

步骤104：电机逆转回上一个位置；

步骤105：电机停转并刷新当前最大强度X值，工作时段计时器开始进行计时，系统保持当前姿态；

步骤106：工作时段计时器达到工作段时长指标，重新获取当前太阳光的强度Y，Y与X不同，则重复步骤102、103、104、105，找到新的理想姿态继续接受光照。

5.如权利要求4所述的光源自动追踪式太阳能采集装置的控制方法，其特征在于：还包括：

步骤107：判定当日工作时长计数器达到每日工作时长指标；如达到则执行步骤108；

步骤108：系统停止转动和搜索；休息时间计时器清零并开始休息时间计时；

步骤201：判定休息时间计时器是否达到每日休息时长指标；如达到则执行步骤202；

步骤202：启动电机转动返回初始位，并开始新的周期。

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